15 年

白金会员

已认证

布鲁克高分辨3D XRM助力碳纤维/环氧树脂复合材料在高温条件下的力学行为与孔隙特征研究

摘要

本研究探讨了T700/环氧树脂复合材料在高温条件下的力学行为与孔隙特征。在23°C至170°C温度范围内,对复合材料试样进行了0°/90°方向的压缩、拉伸、层间及面内剪切实验,获取了真实应变-应力曲线。通过扫描电子显微镜和X射线断层扫描技术,对试样截面及断裂区域进行微观结构分析,以揭示微观结构与性能的关联性。


研究发现,碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能普遍随温度升高而下降。通过对比断裂形貌可知,随着温度上升,复合材料的断裂机制从界面脱粘逐渐转变为基体破坏。基于X射线断层扫描图像,重构了高温力学实验后孔隙结构的三维形貌。结果表明,高温条件下试样的孔隙率普遍高于低温条件。 特别在90°拉伸测试中,孔隙直径主要分布在4-12μm范围内,且与断裂边缘不同距离处的孔隙尺寸基本保持稳定。相比之下,90°压缩测试试样中观察到的孔隙尺寸更大。


083704_607372_gsdt.png


本研究中对碳纤维/环氧树脂复合材料进行静态力学测试的示意图:(a) 0°压缩与拉伸测试;(b) 90°压缩与拉伸测试;(c) 层间剪切测试;(d) 面内剪切测试。


083746_813898_gsdt.png


为进一步理解碳纤维/环氧树脂复合材料在机械与温度载荷作用下的微观结构变化,本研究开展了X射线计算机断层扫描实验,并利用NRecon软件对断层扫描结果进行定量分析。通过获取复合材料在机械/热载荷作用下的孔隙体积分数、孔径分布及断裂位置信息,从而解析该材料在高温环境下的变形/损伤机制。如图所示,经受机械与温度载荷后的试样被切割成3毫米x3毫米x2毫米的尺寸,随后进行X射线断层扫描成像。


X射线计算机断层扫描(X-CT)已被证明是观察复合材料复杂三维结构的强大工具[38,44–47]。为表征材料在温度和应力载荷作用后的孔隙三维信息,我们使用SkyScan-1272仪器对力学测试后的每个试样进行了X-CT测量。测试条件设定为80千伏电压和100微安电流,对各状态试样进行扫描。通过NRecon软件重构并可视化复合材料的三维形貌,每次测量的有效体素尺寸约为2微米。借助CTAN软件,我们对孔隙的直径分布、体积分数等详细信息进行了系统分析和深入讨论。


083813_768627_gsdt.png


基于断层扫描图像重构的不同温度下90°拉伸测试后碳纤维/环氧树脂复合材料试样的三维可视化图像(上图)与碳纤维/环氧树脂复合材料试样内部孔隙分布的三维可视化图像(下图):(a) T=23°C;(b) T=70°C;(c) T=170°C


083841_237070_gsdt.png


试样在不同温度条件下经过90次拉伸和压缩测试后的孔隙体积(%)


083857_756943_gsdt.png


083918_467006_gsdt.png


083932_768612_gsdt.png


碳纤维/环氧树脂复合材料试样的三维可视化图像。上方为不同温度下90°压缩试验后通过断层扫描图像重建的效果,下方为碳纤维/环氧树脂复合材料试样孔隙分布的三维可视化:(a) 23°C;(b) 120°C;(c) 170°C。


083955_931273_gsdt.png


083958_379849_gsdt.png


作者:Junjie Wen[1], Yi Wu[2], Xiao Hou,, Mi Yan and Yachao Xiao

[1] 文俊杰(第一作者),博士生,北京理工大学宇航学院

主要研究方向:

·固体火箭发动机安全性研究

[2] 武毅(通讯作者),副教授/博士生导师,于2018年入职于北京理工大学

主要研究方向:

·固体发动机及推进剂安全性

·固体推进剂力学行为

·固体冲压发动机技术

·燃烧与流动激光诊断技术主持自然科学基金/科工局以及航天等企业项目10余项。


084105_606638_gsdt.jpg

三维 X 射线显微镜   


3D XRM

模块化台式解决方案

新型台式 X 射线显微镜——X4 POSEIDONX4 POSEIDON

 是一款功能强大的微型三维X射线显微成像系统,采用紧凑的台式设计,具有落地式系统的功能。

•模块化

根据您的分析需求定制系统

•有效

以锐利的对比度分辨小至 2 微米的特征

•易于使用

通过简单明了的工作流程和直观的用户界面,快速顺利地开展工作


084246_045238_gsdt.jpg


大昌华嘉科学仪器作为中国区布鲁克 AXS 台式3D XRM系列产品的总代理,我们为用户提供完善的售前、售后服务及全面的技术和应用支持。

麦奇克/Microtrac  2025-07-15  |  阅读:70
最新动态
更多  
推荐产品 供应产品

分类

虚拟号将在 秒后失效

立即拨打

为了保证隐私安全,平台已启用虚拟电话,请放心拨打
(暂不支持短信)

×
是否已沟通完成
您还可以选择留下联系电话,等待商家与您联系

需求描述

单位名称

联系人

联系电话

已与商家取得联系
同意发送给商家
留言咨询

留言类型

需求简述

联系信息

联系人

单位名称

电子邮箱

手机号

图形验证码

点击提交代表您同意《用户服务协议》《隐私协议》